CN102288053A - 一种壳管式污水换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种壳管式污水换热器，包括外部的壳体和内部的换热管，壳体上设有污水进水管、污水出水管，特点是，壳体内设有多个平行布置的换热管管排，每个换热管管排由N根换热管排列组成，并且每个换热管管排通过连接在壳体上的支撑固定板支撑固定，在壳体的两端分别设有封头，封头与壳体通过固定法兰连接，与现有技术相比，使用本换热器可直接进污水而不发生堵塞，污水无需任何处理即可与中介水、载冷剂或制冷剂直接进行热交换，省去了过滤处理系统，更加高效、简洁，造价更低，而且本换热器为可拆结构，能够方便地进行维护保养，可满足各种工程需要。

Description

一种壳管式污水换热器

技术领域

本发明涉及工业热泵系统中使用的换热器，具体地说是一种壳管式污水换热器，适用于含有固体杂质的液体（以下称之为污水）直接进入本换热器内，通过本换热器实现污水与制冷剂、中介水、载冷剂等介质进行热交换。

背景技术

目前的污水换热器主要有以下几种形式：

1、壳管式污水换热器：换热器的管程走污水，壳程走干净水，该换热器不能进入1mm以上固体杂质，需将污水进行过滤处理后再进行热交换；

2、方管宽流道污水换热器：该换热器换热管为边长20mm以上的钢制方管，壳体也为方形，可直接进污水，但该换热器局限于材质和结构，热交换效率很低，而且承压能力差，最高工作压力一般不能高于0.4Mpa；并且，该结构中，外壳及内部的换热管均为整体焊接固定，不能拆卸、更换；

3、板式宽流道污水换热器：该换热器采用不锈钢板片周围整体焊接，不可拆卸，一旦换热器内部出现小的漏点，整个换热器即报废，而且，该换热器承压能力也很差，最高工作压力一般不能高于0.3MPa。

发明内容

本发明的目的旨在克服已有技术存在的缺陷，提供一种能够省去污水过滤处理系统、提高换热效率、降低系统工程造价和运行费用、简化水系统管路、便于系统日常运行维护的新型壳管式污水换热器。

本发明的技术方案是：一种壳管式污水换热器，包括外部的壳体和内部的换热管，壳体上设有污水进水管、污水出水管，特点是，壳体内设有多个平行布置的换热管管排，每个换热管管排由N根换热管排列组成，N＞1，并且每个换热管管排通过连接在壳体上的支撑固定板支撑固定，在壳体的两端分别设有封头，封头与壳体通过固定法兰连接。

为了更好地实现发明目的，壳体内的换热管管排可以设计为特殊排布形式，即，相邻的换热管管排在壳体内可以呈纵向错开布置，每个换热管管排的一个纵向端与壳体顶端的封头之间形成污水通道，另一个纵向端与对应的封头靠接密封，每个换热管管排的横向端与壳体的侧壁之间设有密封装置，错开布置的换热管管排在壳体内形成几形污水通道。此结构中，所述的换热管管排横向端与壳体侧壁之间设置的密封装置有两种结构形式，一种是在每个换热管管排的横向端与壳体的侧壁之间设置密封垫板，另一种是在所有换热管管排的横向端总体设置一个竖向的密封平板，平板的上下端与壳体的侧壁连接。

本装置中，一个（层）换热管管排就可为一个换热流程，但为了满足传热需要，一般设计为多个（层）换热管管排为一个换热流程，在壳体内可以设有多个换热流程，每个换热流程之间通过外部连接管连通。

本换热器的换热管内（管程）流动的为中介水（清水等）、载冷剂或者制冷剂，换热管外（壳程）流动的为污水，换热管是换热场所，换热管管排作为折流板，通过换热管管排的排列方式，组织污水（壳程）按照一定方向和速度流过外表，使换热管内的流体与换热管外的流体进行热交换。

    本发明的壳体采用圆形管时，承压能力更高一些，换热管的形状可为圆形、椭圆形或者其它形状，换热管表面为光滑的或者带有翅片、肋等的高效换热表面。换热管管排是由多个换热管排列组成，换热管之间不用焊接固定，这样做的好处是，一旦出现漏点，只需更换损坏的换热管即可。

为了适应不同污水水质和制冷剂需要，换热管的材质可分别采取铜管、铜合金管、不锈钢管、碳钢管、PE管等的金属材质管或者非金属材质管，壳体内部与污水接触之处根据需要可以采用防腐材质或者防腐涂层。

另外，换热管的管径和排布数量、长度，换热流程数量、各换热流程的换热管布置、排数、连接方式都可根据实际需要设置。

本发明与现有技术相比具有十分显著地进步和实质性特点：

1、通过本换热器可直接进污水而不发生堵塞，污水无需任何处理即可与中介水、载冷剂或者制冷剂直接进行热交换，较目前的宽流道污水换热器的换热效率、可靠性和承压能力更高；较目前的壳管式污水换热器省去了污水过滤防堵装置；较目前的间接换热方式省去了二次换热系统，使系统更加高效、简洁，造价更低；

2、换热器中进行热交换的流体可实现逆流换热，传热温差小；

3、换热器为壳管式构造，承压能力较高，一般为1.0MPa以上 ，可满足各种工程需要；

4、换热器为可拆结构，可方便的对换热器进行维护保养，即使局部换热管出现问题时，也可方便进行更换；

5、针对不同换热流体，分别采用相应材质、规格、数量的换热管，可满足各种污水使用。

下面结合附图及实施例对本发明做详细地解释说明。

附图说明

图1-本发明的一种结构示意图；

图2-图1的Ⅱ处放大图；

图3-图1的M-M壳体截面剖面图；

图4-图3的Ⅳ处放大图；

图5-图1的A-A纵向剖视图（及管程的中介水/载冷剂/制冷剂流向图）；

图6-本发明的壳程污水流向图；

图7-本发明的多个换热流程的结构示意图；

图8-本发明换热管管排的第二种结构示意图；

图9-本发明换热管管排的第三种结构示意图；

图10-本发明的另一种结构示意图；

图11-本发明的第三种结构示意图。

附图图面说明：

1集管，2污水进水管，3左封头，4固定法兰，5圆形换热管，6支撑固定板,7圆形壳体，8右封头，9排污口，10支座，11外部连接管，12污水出水管，13均液装置，14密封垫板，15平板，16污水通道，17放气口。

具体实施方式

参见图1、图2、图3、图4、图5，换热器包括一个圆形壳体7，圆形壳体7上设有污水进水管2、污水出水管12及排污口9、放气口17，在圆形壳体7内设有多个（层）平行布置的换热管管排，每个换热管管排由多根换热管5排列组成，对应着每个（层）换热管管排，在圆形壳体7内设有多个支撑固定板6，支撑固定板6的两端与圆形壳体7侧壁固定连接，每个（层）换热管管排都通过支撑固定板6支撑固定，在圆形壳体7的两端分别设有封头，左封头3和右封头8，两个封头与圆形壳体7通过固定法兰4连接。为了便于清洗或更换零件，固定法兰4、左封头3和右封头8可做成拆卸形式，通过螺栓固定、铰链方式打开或关闭。如果不需清洗或维修，则整个壳体可做成焊接密封方式。

换热器的支腿形式可为法兰支撑固定或者专门设置支座10支撑固定。

为了更好地控制壳程内污水的流向，提高换热效率，可以将壳体内的换热管管排设计成特殊排列方式，如图所示，将相邻的换热管管排在圆形壳体7内呈纵向错开布置，每个换热管管排的一个纵向端与圆形壳体7顶端的封头之间形成污水通道，另一个纵向端与对应的封头靠接密封，每个换热管管排的横向端与圆形壳体7的侧壁之间都设有密封垫板14，这样多层纵向错开布置的换热管管排在圆形壳体7内就可以形成几形污水通道16，防止壳体内流体短路，保证污水按照既定路线流过，参见图6所示。

本发明的换热流程可以根据需要随意设计，可一个换热管管排或多个换热管管排为一个换热流程，与换热器相连的附属设备和管路还可以设置有均液装置13、集管1和外部连接管11等。参考图7所示，图例为三个（层）换热管管排为一个换热流程，共有两个流程，同一流程的换热管通过均液装置13及集管1连接，不同流程的换热管通过外部连接管11连接，外部连接管11可以是一个管，也可以是多个管，多管设置时，其数量可与每个流程的换热管数量相等。

换热器内各流体的工作流程为：

壳程流体(污水流程)：如图6所示。污水从图中右上角污水进水管2进入壳体7，在最上排换热管上表沿管体长度方向向左流动，当流到最上排管左侧时，通过缺口通道，进入第二排与最上排换热管之间的通道，然后向右流动。当流到最右侧时，通过缺口通道进入下一排通道。通过这样往返流动方式，最后从污水出水管12离开换热器。

管程流体(中介水/载冷剂/制冷剂流程)：各流程流体流向如图5、图7所示。流体从均液装置13进入换热管5内，当流体从换热管5出来后，通过外部连接管11进入下一个流程换热管，最后从集管1离开换热器。

壳体污水与换热管内中介水/载冷剂/制冷剂整体上是逆流换热。

除上之外，管外污水也可反向流动，即从污水出水口12进入壳程，从污水进水口2离开换热器；同样，换热管内流体（中介水/载冷剂/制冷剂）也可反向流动，从集管1进入换热器，最后从均液装置13离开换热器。

为保证各换热管管排之间水的流速，保证管排之间的污杂物不发生堵塞，换热管排之间的间距应根据需要设置。

为了保证各换热管内流体分配均匀，各换热管除了通过均液装置13、外部连接管11及集管1连接外，各流程换热管的长度原则上也应按等流程设计。

本换热器管管排的方向可为水平方式，也可为垂直方式或者以某个角度倾斜方式，以保证换热充分、污杂物不易沉淀、污水中混入的气体易排出。参见图8、图9所示结构。

图10所示的是本发明的另一种结构形式。在每个换热管管排的横向端与圆形壳体7的侧壁之间也可以不采用逐层设置密封垫板14密封的方式，而是在换热管管排的横向端设有一个竖向的平板15，平板15的上下端与圆形壳体7的侧壁之间通过焊接或者采用沟槽、螺栓等形式固定连接，平板15的板面与每个换热管管排的横向端部都靠接密封，利用平板15将换热管管排的横向两侧固定密封，只留下纵向的交错几形污水流道。该结构换热管的固定、密封比较方便（因固定换热管的壳体为平板），但该形式壳体承压能力小。为了解决壳程承压问题，平板15外面的圆形壳体7一般应保留，圆形壳体7与平板15之间的空腔连接污水通道，保证充满污水(或者充以一定压力流体),以平衡平板15内外两侧的压力。但如果在平板15的强度满足设计要求的前提下，本结构也可不要外部的圆形壳体，而直接用平板制成方形壳体，参见图11所示。

Claims (5)

1.一种壳管式污水换热器，包括外部的壳体（7）和内部的换热管（5），壳体（7）上设有污水进水管（2）、污水出水管（12），其特征是，壳体（7）内设有多个平行布置的换热管管排，每个换热管管排由N根换热管（5）排列组成，N＞1，并且每个换热管管排通过连接在壳体（7）上的支撑固定板（6）支撑固定，在壳体（7）的两端分别设有封头，封头与壳体（7）通过固定法兰（4）连接。

2.根据权利要求1所述的一种壳管式污水换热器，其特征是，相邻的换热管管排在壳体（7）内呈纵向错开布置，每个换热管管排的一个纵向端与壳体（7）顶端的封头之间形成污水通道，另一个纵向端与对应的封头靠接，每个换热管管排的横向端与壳体（7）的侧壁之间设有密封装置，错开布置的换热管管排在壳体（7）内形成几形污水通道（16）。

3.根据权利要求2所述的一种壳管式污水换热器，其特征是，所述的每个换热管管排的横向端与壳体（7）的侧壁之间设有的密封装置是，在每个换热管管排的横向端与壳体（7）的侧壁之间设有密封垫板（14）。

4.根据权利要求2所述的一种壳管式污水换热器，其特征是，所述的每个换热管管排的横向端与壳体（7）的侧壁之间设有的密封装置是，在换热管管排的横向端设有竖向密封固定平板（15），平板（15）的上下端与壳体（7）的侧壁连接。

5.根据权利要求1或2所述的一种壳管式污水换热器，其特征是，M个换热管管排为一个换热流程，M≥1，在壳体（7）内设有一个或多个换热流程，每个换热流程之间通过外部连接管（11）连通。

Images